Што такое аэрадынаміка аўтамабіля?

Разглядаючы гістарычныя фатаграфіі легендарных мадэляў аўтамабіляў, любы чалавек адразу заўважыць, што з набліжэннем да нашых дзён кузаў транспартнага сродку становіцца ўсё меней вуглаватым.

Гэта тлумачыцца аэрадынамікай. Разгледзім, у чым асаблівасць гэтага эфекту, чаму важна ўлічваць аэрадынамічныя законы, а таксама якія машыны маюць дрэнны каэфіцыент абцякальнасці, і якія - добры.

Што такое аэрадынаміка аўтамабіля

Як бы дзіўна гэта ні гучала, чым з большай хуткасцю аўтамабіль рухаецца па дарозе, тым мацней ён будзе імкнуцца адарвацца ад зямлі. Прычына ў тым, што струмень паветра, з якім сутыкаецца транспартны сродак, разразаецца кузавам аўто на дзве часткі. Адна праходзіць паміж дном і дарожным пакрыццём, а другая - над дахам, і абгінае контур машыны.

Калі паглядзець на кузаў аўтамабіля збоку, то візуальна ён будзе аддалена нагадваць крыло самалёта. Асаблівасць гэтага элемента лятальнага апарата заключаецца ў тым, што паветраны струмень над выгібам праходзіць больш няма дарогі, чым пад прамой часткай дэталі. З-за гэтага над крылом ствараецца разраджэнне, або вакуум. З павелічэннем хуткасці гэтая сіла мацней прыўздымае корпус.

Падобны пад'ёмны эфект ствараецца і ў аўтамабіля. Верхні паток абгінае капот, дах і багажнік, а ніжні - толькі дно. Яшчэ адзін элемент, які стварае дадатковы супраціў, гэта набліжаныя да вертыкалі дэталі кузава (радыятарнага рашотка або лабавое шкло).

Хуткасць транспарту напрамую ўплывае на пад'ёмны эфект. Прычым форма кузава з вертыкальнымі панэлямі стварае дадатковае завіхрэнне, якое зніжае счапленне транспарту з дарогай. Па гэтай прычыне ўладальнікі многіх класічных аўтамабіляў з вуглаватымі формамі пры цюнінгу абавязкова мацуюць да кузава спойлер і іншыя элементы, якія дазваляюць павялічваць пріжімную сілу машыны.

Навошта гэта трэба

Абцякальнасць дазваляе паветры хутчэй праходзіць уздоўж кузава без непатрэбных віхур. Калі рух машыны абцяжарваецца павялічаным супрацівам паветра, матор будзе расходаваць паліва ў большай колькасці, як быццам машына перавозіць дадатковы груз. Гэта паўплывае не толькі на эканамічнасць аўто, але і на тое, колькі шкодных рэчываў будзе выкідвацца праз выхлапную трубу ў навакольнае асяроддзе.

Ствараючы аўтамабілі з палепшанай аэрадынамікай, інжынеры вядучых аўтавытворцаў разлічваюць такія паказчыкі:

• Якая колькасць паветра павінна трапіць у подкапотное прастору, каб матор атрымліваў належнае натуральнае астуджэнне;
• У якіх частках кузава будзе ажыццяўляцца плот свежага паветра для салона машыны, а таксама куды ён будзе адводзіцца;
• Што можна зрабіць, каб паветра ствараў менш шуму ў салоне аўто;
• Пад'ёмная сіла павінна размяркоўвацца на кожную вось у адпаведнасці з асаблівасцямі формы кузава транспарту.

Усе гэтыя фактары ўлічваюцца пры распрацоўцы новых мадэляў машын. Прычым калі раней кузаўныя элементы маглі мяняцца кардынальна, то на сённяшні дзень навукоўцамі ўжо распрацаваны самыя ідэальныя формы, якія забяспечваюць паніжаны каэфіцыент лэбавай пад'ёмнай сілы. Па гэтай прычыне многія мадэлі апошняга пакалення вонкава могуць адрознівацца толькі нязначнымі зменамі ў форме дыфузараў або антікрыло у параўнанні з папярэдняй генерацыяй.

Акрамя устойлівасці на дарозе аэрадынаміка можа садзейнічаць меншай забрудняльнасць некаторых дэталяў кузава. Так, пры сутыкненні з лэбавым парывам ветру вертыкальна размешчаныя фары, бампер і ветравое шкло хутчэй забрудзіць ад пабіліся дробных насякомых.

Каб знізіць адмоўны эфект, які стварае пад'ёмная сіла, аўтавытворцы імкнуцца зніжаць кліранс да максімальна дапушчальнага значэння. Аднак лэбавай эфект гэта не адзіная адмоўная сіла, якая ўплывае на ўстойлівасць машыны. Інжынеры заўсёды «балансуюць» паміж франтальнай і бакавы абцякальнасцю. Дасягнуць ідэальнага параметру ў кожнай зоне немагчыма, таму пры вырабе новага тыпу кузава спецыялісты заўсёды ідуць на пэўны кампраміс.

Асноўныя факты аэрадынамікі

Адкуль бярэцца гэты супраціў? Усё вельмі проста. Вакол нашай планеты маецца атмасфера, якая складаецца з газавых злучэнняў. У сярэднім шчыльнасць цвёрдых слаёў атмасферы (прастора ад зямлі і да вышыні птушынага палёту) складае каля 1,2кг / квадратны метр. Калі прадмет знаходзіцца ў руху, ён сутыкаецца з малекуламі газаў, якія ўваходзяць у склад паветра. Чым вышэй хуткасць, тым з большай сілай гэтыя элементы будуць удараць аб прадмет. Па гэтай прычыне, уваходзячы ў зямную атмасферу, касмічны апарат пачынае моцна награвацца ад сілы трэння.

Самая першая задача, з якой спрабуюць справіцца распрацоўшчыкі новага дызайну мадэлі, гэта як знізіць лабавое супраціў. Гэты параметр павялічваецца ў 4 разы, калі транспарт паскорыцца ў межах ад 60км / ч да 120км / ч. Каб зразумець, наколькі гэта істотная велічыня, разгледзім невялікі прыклад.

Вага транспарту складае 2 тысячы кг. Транспарт разганяецца да 36 км / г. Пры гэтым затрачваецца ўсяго 600 Ват магутнасці на пераадоленне гэтай сілы. Усё астатняе марнуецца на разгон. Але ўжо на хуткасці ў 108 км / ч. на пераадоленне франтальнага супраціўлення ўжо выкарыстоўваецца 16 кВт магутнасці. Пры руху на хуткасці ў 250км / ч. аўтамабіль марнуе ўжо цэлых 180 конскіх сіл на сілу супраціву. Калі кіроўца захоча разагнаць аўто яшчэ мацней, да 300 кіламетраў / гадзіну, акрамя магутнасці для павелічэння хуткасці матору трэба будзе расходаваць ўжо 310 коней, каб справіцца з франтальным патокам паветра. Вось навошта спартыўнаму аўтамабілю патрабуецца настолькі магутны сілавы агрэгат.

Каб распрацаваць максімальна абцякальны, але разам з тым і досыць камфортны транспарт, інжынеры разлічваюць каэфіцыент Сх. Гэты параметр ў апісанні мадэлі з'яўляецца самым важным, што тычыцца ідэальнай формы кузава. Ідэальнай велічынёй ў гэтай галіне валодае кропля вады. У яе гэты каэфіцыент складае 0,04. Ні адзін аўтавытворца не пагодзіцца на гэтак арыгінальны дызайн сваёй новай мадэлі машыны, хоць раней сустракаліся варыянты ў такім дызайне.

Памяншаць супраціў ветру можна двума метадамі:

1. Змяніць форму кузава настолькі, каб струмень паветра максімальна абцякальны машыну;
2. Зрабіць аўтамабіль нешырокі.

Падчас руху машыны на яе дзейнічае вертыкальная сіла. Яна можа мець прыціскной эфект, што станоўча адбіваецца на счапленні з дарогай. Калі не павялічыць ціск на машыну, які ўтварыўся віхор будзе забяспечваць адрыў транспарту ад зямлі (гэты эфект кожны вытворца імкнецца максімальна ліквідаваць).

З іншага боку падчас руху аўто на яго дзейнічае і трэцяя сіла - бакавая. Гэтая вобласць яшчэ менш паддаецца кантролю, так як на яе ўплывае шмат непастаянных велічынь, напрыклад, бакавы вецер пры прамалінейным руху або на павароце. Сілу гэтага фактару немагчыма прадбачыць, таму інжынеры не рызыкуюць, і ствараюць корпуса з шырынёй, якая дазваляе пайсці на пэўны кампраміс у каэфіцыенце Сх.

Каб вызначыць, да якой ступені можна ўлічыць параметры вертыкальных, франтальных і бакавых сіл, вядучыя вытворцы аўтатранспарту ствараюць спецыялізаваныя лабараторыі, у якіх праводзяцца аэрадынамічныя выпрабаванні. У залежнасці ад матэрыяльных магчымасцяў, гэтая лабараторыя можа ўключаць аэрадынамічную трубу, у якой пад вялікім патокам паветра правяраецца эфектыўнасць абцякальнасці транспарту.

У ідэале вытворцы новых мадэляў аўто імкнуцца альбо давесці сваю прадукцыю да каэфіцыента ў 0,18 (на сённяшні дзень гэта ідэал), альбо перавысіць яго. Але другое пакуль нікому яшчэ не ўдаецца, таму што немагчыма ліквідаваць іншыя сілы, якія ўздзейнічаюць на машыну.

Прыціскной і пад'ёмная сілы

Вось яшчэ адзін нюанс, які ўплывае на кіравальнасць транспарту. У некаторых выпадках лабавое супраціў не ўдаецца знізіць да мінімуму. Прыклад таму - баліды F1. Хоць іх кузаў ідэальна абцякальны, колы ў іх адкрыты. Гэтая зона стварае больш за ўсё праблем для вытворцаў. У такога транспарту Сх знаходзіцца ў межах ад 1,0 да 0,75.

Калі задні віхура ў гэтым выпадку не атрымаецца ліквідаваць, то патокам можна скарыстацца, каб павялічыць счапленне з трэкам. Для гэтага на кузаў усталёўваюць дадатковыя дэталі, якія ствараюць пріжімную сілу. Напрыклад, пярэдні бампер абсталёўваюць спойлер, які перашкаджае адрыву ад зямлі, што вельмі важна для спорткара. Падобнае антікрыло замацоўваецца і на задняй частцы баліда.

Пярэдняе антікрыло накіроўвае струмень не пад машыну, а на верхнюю частку кузава. З-за гэтага нос транспарту заўсёды накіроўваецца ў бок дарогі. Знізу утворыцца вакуум, і машына быццам прыліпае да трасы. Задні спойлер перашкаджае адукацыі віхуры ззаду аўто - дэталь зрывае паток, перш чым ён пачне ўсмоктвацца ў зону разрэджання за транспартам.

На памяншэнне лабавога супраціву таксама ўплываюць дробныя элементы. Напрыклад, абза капота практычна ўсіх сучасных аўтамабіляў закрывае шчоткі дворнікаў. Так як пярэдняя частка машыны больш за ўсё сутыкаецца з сустрэчным патокам, то ўвага надаецца нават такім дробным элементам, як дэфлектары паветразаборнікаў.

Усталёўваючы спартыўныя абважванні, трэба ўлічыць, што дадатковая прыціскной сіла робіць машыну больш упэўненай на дарозе, але пры гэтым накіраваны струмень павялічвае лабавое супраціў. З-за гэтага пікавая хуткасць такога транспарту будзе ніжэй, чым без аэрадынамічных элементаў. Яшчэ адзін адмоўны эфект - аўтамабіль становіцца больш пражэрлівым. Праўда, эфект ад спартыўнага камплекта обвес будзе адчувацца пры хуткасці ад 120 кіламетраў у гадзіну, таму ў большасці сітуацый на дарогах грамадскага карыстання такія дэталі.

Мадэлі з дрэнным паказчыкам аэрадынамічнага супраціву:

Ш 0,7 - Кэтэрхем 7

Cx 0,6 - УАЗ (469, Хантэр)

Cx 0,58 - Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Hummer (H2)

Cx 0,56 - ВАЗ «класіка» (01, 03, 05, 06, 07)

Сх 0,54-Mercedes-Benz (G-клас)

Сх 0,53 - ВАЗ 2121

Мадэлі з добрым паказчыкам аэрадынамічнага супраціву:

Ш 0,18 - VW XL1

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Тэсла (мадэль 3)

Cx 0,23 - Audi A4

Cx 0,23 - Mercedes-Benz CLA

Cx 0,23 - Mercedes-Benz (S 300h)

Cx 0,24 - мадэль Tesla

Cx 0,24 - Тэсла (мадэль X)

Cx 0,24 - Hyundai Sonata

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Mercedes-Benz C класа

Cx 0,25 - Audi A2

Cx 0,25 - Alfa Romeo (Джулія)

Cx 0,25 - Peugeot 508

Cx 0,25 - Honda Insight

Cx 0,26 - BMW (3-series ў кузаве E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (Е-класа)

Cx 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26-Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Дадаткова паглядзіце невялікае відэа аб аэрадынаміцы аўтамабіля:

Аэрадынаміка аўтамабіля, што гэта такое? Як палепшыць аэрадынаміку? Як НЕ зрабіць з аўто самалёт?